Magnetische Superatome entdeckt

17. Juni 2009, 17:00
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Die Atom-Cluster könnten bei der Entwicklung molekularer elektronischer Geräte zum Einsatz kommen

Ein Forschungsteam hat ein "magnetisches Superatom" entdeckt, ein stabiler Cluster aus Atomen, der verschiedene Elemente des Periodensystems nachahmen kann. Eines Tages könnte das Superatom eingesetzt werden, um molekulare elektronische Geräte für die nächste Generation superschneller Computer zur kreieren, schreiben die Forscher im Journal "Nature Chemistry".

Eine Reihe theoretischer Studien zu den elektronischen und magnetischen Eigenschaften von Clustern hat die Physiker um Shiv Khanna von der Virginia Commonwealth University in den USA, dem Harish-Chandra Research Institute in Allahabad (Indien) und dem Naval Research Laboratory in Washington (USA) auf die Spur des Superatoms gebracht.

Atom-Cluster

Der neu entdeckte Cluster, bestehend aus einem Vanadiumatom (V) und acht Caesiumatomen (Cs), agiert wie ein winziger Magnet, der die magnetische Stärke eines einzelnen Manganatoms (Mn) nachahmen kann. Das Superatom hat ein magnetisches Moment (das ist das Maß für die Stärke einer magnetischen Quelle) von fünf Bohr'schen Magnetonen - das ist mehr als der doppelte Wert eines Eisenatoms in einem stabilen Eisenmagneten, gaben die Forscher bekannt. Ein Manganatom hat ein gleichartiges magnetisches Moment und eine geschlossene Elektronenhülle mit fester gebundenen Elektronen. Khanna zufolge kann der neue Cluster als Imitator eines Manganatoms gesehen werden.

"Ein wichtiges Ziel der Entdeckung war, eine stabile Kombination von Atomen zu finden. Die Verbindung von magnetischen und leitfähigen Eigenschaften war zudem wünschenswert. Caesium ist ein guter elektrischer Leiter und folglich vereint das Superatom die Vorteile magnetischer Eigenschaften mit der Leitfähigkeit der Außenhaut", so der Physiker.

Anwendungsbereiche

"Eine Kombination, wie wir sie hier geschaffen haben, kann zu bedeutenden Entwicklungen auf dem Gebiet der 'Molekularelektronik' führen", so Khanna - u.a. zur Herstellung winzigster elektrischer Schalter. Molekulare elektronische Geräte könnten zu zahlreichen Verbesserungen in der elektronischen Datenverarbeitung und -verwaltung führen.

Vorstudien des Forschungsteams zu Molekülen aus zwei solchen Superatomen haben den Angaben der Universität zufolge vielversprechende Beobachtungen ergeben, die im Bereich Spintronik zum Einsatz kommen könnten. Das relativ neue Forschungsgebiet nutzt das magnetische Moment des Elektrons zur Informationsdarstellung und -verarbeitung.

Aus der Verbindung von Gold und Mangan können zudem andere Superatome mit magnetischem Moment entstehen - jedoch ohne elektrische Leitfähigkeit. Diese sind aus Schutzgründen von Schwefel- und Wasserstoffatomen umgeben (s. Zeichnung links) und könnten dem Forschungsteam zufolge in der Biomedizin zum Einsatz kommen. (red)

Link
Virginia Commonwealth University: Scientists Discover Magnetic Superatoms

Abstract
Nature Chemistry: Designer magnetic superatoms

  • Magnetische Superatome: Zwei VCs8 (Vanadium und Caesium) und ein MnAu24(SH)18 (Mangan und Gold mit einer Außenhülle aus Schwefel und Wasserstoff)
    bild: image courtesy of ulises reveles, ph.d, vcu

    Magnetische Superatome: Zwei VCs8 (Vanadium und Caesium) und ein MnAu24(SH)18 (Mangan und Gold mit einer Außenhülle aus Schwefel und Wasserstoff)

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